DE3342418C2 - Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von Edelmetallformkörpern - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, um Edelmetallformkörper, insbesondere Goldbarren und Goldmünzen auf ihre Echtheit zu prüfen. Dazu werden die Formkörper mit Transversalschwingungen beaufschlagt und aus der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von den Abmessungen der Formkörper die Art des Formkörpermaterials bestimmt.

Description

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schwingungen angeregt Die Ankoppelung kann über Es ist daher meist vorteilhaft die zur Beaufschlagung einen dünnen Draht mit einem Durchmesser von rund der Probeicörper notwendigen Frequenzen geräteinte-, η 1 mm erfolgen, der leicht an den Prüfkörper angedrückt von einem Oszillator zu erzeugen, der beliebige Frewird bzw. an den der Prüfkörper leicht angedrückt wird. quenzen generieren kann. Das Oszillatorsignal wird Die Schwingungsamplitude wird ebenfalls mit einem 5 durch den piezoelektrischen Schwingungsgeber auf den piezoelektrischen Wandler abgenommen. Ihr Maximal- Probekörper übertragen. Mit dem Schwingungsaufwert gibt die Resonanzfrequenz an, aus der bei bekann- nehmer wird Schwingungsfrequenz und Schwingungsten Abmessungen das Verhältnis Elastizitätsmodul/ amplitude gemessen und zur Anzeige gebracht. Da bei Dichte abgelesen werden kann. kontinuierlicher Variation der Frequenz des Oszillators

Da die Resonanzfrequenz für z. B. jeden Typ eines io nacheinander Grund- und Oberschwingungen in Reso-

Feingoldbarrens charakteristisch ist, kann das Meßer- nanz angezeigt werden, ergeben sich auch hier die

gebnis mit einem Tabellenwert verglichen werden. Fäl- obenerwähnten Interpretationsprobleme für das Bedie-

schungensind leicht erkennbar, da es kein Material bzw. nungspersonaL Für eine einfache Handhabung ist es

Materialkombination gibt die die Resonanzfrequenz deshalb wünschenswert jeweils nur eine Resonanzfre-

von Feingold besitzt Insbesondere ist es möglich, Wolf- 15 quenz eines gegebenen Prüflings einzuspeichern. Dies

rameinschlüsse in Gold zu identifizieren, die zwar glei- erreicht man dadurch, daß der Oscillator bestimmte

ehe Dichte besitzen, aber im Elastizitätsmodul um den charakteristische Frequenzen abgibt die auf charakteri-

Faktor 5 sich unterscheiden. stische Prüfkörper ^Hersteller, Art, Größe usw.) einge-

Zur Prüfung der Edelmetallformkörper verwendet stellt und abrufbar sind. Dadurch lassen sich die Vorman vorzugsweise Vorrichtungen, bei denen die Aufla- 20 richtungen bedienungsfreundlicher gestalten,
ge als horizontale, aus einem elastischen Materal beste- Zur Prüfung von Edelmetallbarren, insbesondere hende ebene Platte ausgebildet ist Diese elastische Plat- Goldbarren, kann man auch Vorrichtungen verwenden, te muß größer sein als der mögliche Prüfkörper, der auf bei denen die Auflagen für den Prüfling als Schneiden die Platte aufgelegt und leicht gegen einen nadelförmi- ausgebildet sind, die mittels einer Spinde! symmetrisch gen Schwingungsgeber angedrückt wird, der am Rand 25 zur Prüriingsmitte in ihrer I-age verändert werden köndieser Platte angebracht ist Für die elastische Platte nen. Zur Zentrierung des Prüflings sind zwei Anschläge verwendet man Werkstoffe, die Schwingungsausien- ebenfalls auf einer Spindel befestigt wobei an einem der kungen der Prüfkörper, die in der Größenordnung von Anschläge der Schwingungsgeber angebracht ist und einigen Mikrometern liegen können ohne wesentliche über der Prüflingsmitte an einem beweglichen Hebel-Behinderung zulassen. Als geeignet haben sich Filz, 30 arm ein Schwingungsaufnehmer sich befindet Vorzugs-Kork, Samt Velourstoffe, Gummi und geschäumte weise bestehen die Schneiden und die Anschläge aus Kunststoffe erwiesen. Besonders bewährt hat sich grob- Polyacrylaten.

poriges, geschäumtes Polyäthylen mit sehr geringen Zur Echtheitsprüfung von Münzronden aus Edelme-

Schwingungsdämpfungswerten. Die Dicke der elasti- tall sind auch Vorrichtungen anwendbar, bei denen der

sehen Auflageplatte ist nicht entscheidend, sie sollte je- 35 Prüfling auf drei radial verschiebbaren, als Kegel ausge-

doch größer als 1 mm sein. bildeten Auflagen aufliegt und der Schwingungsgeber

Auf dieser elastischen Auflage können Prüfkörper be- und der Schwingungsaufnehmer sich gemeinsam neben-

liebiger Form und beliebigen Gewichtes geprüft wer- einander auf einem beweglichen Hebelarm über der

den, also auch jede Art von Edelmetallbarren und Edel- Prüfungsmitte befinden. Die Messung der Resonanzfre-

metallmünzen. 40 qu^az erfolgt dabei im Schwingungsbauch der sich aus-

Zur Prüfung werden im Gerät elektronische Signale -bildenden Schwingung, der sich im Zentrum oder am

erzeugt bzw. verarbeitet. Es gibt zwei Ausführungsfor- Rand der Ronde befindet. Die Zentrierung, der Ronde

men in der elektronischen Gerätefunktion: Erzeugung ist nicht problematisch und kann nach Augenmaß

der zu beaufschlagenden Schwingungen durch den Pro- durchgeführt werden.

bekörper selbst oder durch einen geräteinternen Fre- 45 Die Figuren I bis IV zeigen schematisch einige bei-

quenzgeber. spielhafte Ausführungsformen von Vorrichtungen zur

Wie in einem elektrischen Schwingkreis kann mit ei- Echtheitsprüfung von Edelmetallformkörpern, wobei
nem schwingenden Probekörper ein schwingendes Sy- F i g. I eine Vorrichtung mit ebener Auflageplatte,
stern aufgebaut werden, dessen frequenzbestimmendes F i g. 11 eine Vorrichtung mit zwei Schneiden als AufElement die Resonanzfrequenzen des Probekörpers 50 lagen und

sind. Dazu muß die Gesamtverstärkung größer als 1 und F i g. i 11 eine Vorrichtung mit drei Spitzen als Auflage

die Phasenverschiebung gleich 0 sein. Man erreicht dies, wiedergibt; aus

indem das Signal des piezoelektrischen Schwingungs- F i g. IV sind nähere Einzelheiten der radialen Aufla-

aufnehmers verstärkt (gegebenenfalls in der Phase ver- geverschiebung zu entnehmen.

schoben) und dem piezoelektrischen Schwingungsgeber 55 Eine für Barren, Ronden und sonstige Formkörper

zugeführt wird. Dieser Schwingkreis oszilliert mit einer verwendbare Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse

Resonanzfrequenz des Probekörpers (Selbsterregung). (28), in das der Oszillator und die übrige Elektronik

Vorteile der Selbsterregermeßschaltung sind der ein- eingebaut ist. Die Auflage (2) zur Aufnahme des Prüffache, kostengünstige elektronische Aufbau. Die Prü- körpers (1) ist als ebene Platte ausgebildet und besteht fung mit Selbsterregung erfordert jedoch gewisse Vor- 60 aus einem elastischen Material. Der Prüfkörper (1) wird kenntnisse des Bedienungspersonals, da sich in Abhän- gegen den Schwingungsgeber (10) leicht angedrückt, gigkeit vom Ort, an dem der Schwingungsaufnehmer der am Rande der Auflage (2) angebracht ist und in den auf den Probekörper aufgesetzt wird, neben der Grund- Luftraum oberhalb der Auflage (2) hineinragt. Die für schwingung auch OHerschwingungen ausbilden können. handelsübliche Formkörper (Barren, Münzen) charak-An demselben Probekörper kann dann eine diskrete 65 teristischen Resonanzfrequenzen können über eine Ta-Folge von Resonanzfrequenzen gemessen werden, die Statur (29) dem Oszillator eingegeben werden. Der die Interpretation des Meßergebnisses für Laien er- Schwingungsaufnehmer (11) wird aus seiner Halterung cMiu/ert entnommen und auf die Mitte des Prüfkörpers (1) aufge-

setzt. Mit einem Abstimmknopf (30) läßt sich der maximale Ampliiudenwert der Frequenz, d. h. die Resonanzfrequenz, genau einstellen und auf einem Anzeigefenster (31) ablesen.

Anhand der Fig. II wird eine Vorrichtung näher beschrieben, mit der Barren verschiedener Abmessungen geprüft werden können. Damit sich die Grundschwingung des freien Barrens bevorzugt ausbilden kann, muß eier Barren in den zwei Knoten der stehenden Schwingung gelagert werden, die nach physikalischen Gesetzen jeweils einen Abstand von 0,22 χ Barrenlange von der Mitte des Barrens besitzen. Dazu kann der Abstand der beiden Auflagen (2), die die Form von Schneiden besitzen, über eine Spindel (5) mit Links- und Rechtsgewinde symmetrisch zur Prüfungsmitte verändert werden. Die Auflagen (2) werden in Lagern auf zwei Führungsachsen (7) geführt. Zur Zentrierung des Prüfkörpers (1) bezüglich der Mitte des Äbstandes zwischen den beiden Auflagen (2) dienen zwei Anschläge (3, 4), die durch eine weitere Spindel (6) ehenfalls symmetrisch beweglich sind. Beide Spindeln (5,6) werden von einem Stellmotor (8) mit Untersetzungsgetriebe (9) angetrieben. Die Gewindesteigungen beider Spindeln verhalten sich wie 1 : 1,27, so daß der Abstand zwischen Auflage (2) und Anschlag (3 bzw. 4) stets 0,22 χ Barrenlänge ist. Die Anschläge (3, 4) dienen nicht zur Einspannung des Prüfkörpers (1), sondern als Zentrierungshilfe beim Beschicken des Gerätes. Während des Meßvorganges sind Prüfkörper (1) und Anschläge (3, 4) durch einen feinen Spalt getrennt, damit sich die Schwingung ungedämpft ausbildet. Dieser Spalt wird erzeugt, indem unmittelbar vor Beginn der Messung der Abstand beider Anschläge (3, 4) durch ein geringes Rückwärtsdrehen der Spindel (6) vergrößert wird. Die Auseinanderbewegung der Schneiden wird durch einen Freilauf auf der Gewindespindel (5) verhindert, der erst nach einer Rückwärtsdrehung des Getriebes um beispielsweise 120° anspricht.

Das Material, aus dem die Auflagen (2) und die Anschläge (3,4) hergestellt sind, muß sich in seinem Schallwellep.widerstand des Prüfkörpers (1) unterscheiden, um die Übertragung von Schwingungsenergie des Barrens auf die Gerätestruktur möglichst gering zu halten. Für Goldbarren sind deshalb die Auflagen (2) und die Anschläge (3,4) vorzugsweise aus Polyacrylglas gefertigt.

Die Schwingungserregung erfolgt seitlich an einem Barrenende durch einen Schwingungsgeber (10). der auf einem Anschlag (4) montiert ist. Als Schwingungsgeber sind piezoelektrische Wandler geeignet, die einen entsprechenden Frequenzbereich übertragen. Es kann ein piezoelektrischer Tonabnehmer verwendet werden, wie er in der Phonotechnik zur Abtastung von Schallplatten eingesetzt wird. Nach Entarretierung eines Riegels wird der Tonabnehmer durch Federkraft um einen Drehpunkt horizontal in Richtung des Prüfkörpers (1) bewegt, um den Tonkopf an den Barren anzukoppeln.

Die Schwingungsamplitude wird in der Barrenmitte bestimmt, indem ein Hebelarm (12) mit einem Schwingungsaufnehmer (11) auf den Prüfkörper (1) aufgelegt wird. Der Hebelarm (12) ist mit einem Ausgleichsgewicht (13) zur Einstellung der Auflagekraft versehen. Zur Schwingungsaufnahme kann ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer mit geringem Eigengewicht eingesetzt werden.

Der Prüfprozeß beginnt mit der Eingabe des zu prüfenden Barrens in eine Eingabetastatur. Diese Eingabetastatur steuert den Stellmotor (8) so, daß der dem jeweiligen Barrentyp entsprechende Schneidenabstand eingestellt wird. Der Barren wird zwischen die Anschläge (3, 4) auf die Auflagen (2) aufgelegt, dsr Schwingungsgeber (10) durch Lösen der Arretierung angekoppelt und der Schwingungsaufnehmer (U) auf den Barren aufgesetzt. Die Erregerfrequenz wird mit einem Frequenzgenerator in einem Intervall variiert und die Resonanzfrequenz bestimmt. Dieser Meßwert wird mit dem Sollwert, der in der Eingabeeinheit für die entsprechenden Barrentypen gespeichert ist, verglichen. Auf

ίο diese Weise läßt sich jede Fälschung sofort erkennen.

An einem lOOg-Feingoldbarren wird die Funktionsfähigkeit dieses Prüfverfahrens demonstriert: Es wird die Resonanzfrequenz 5,18 kHz gemessen. Barren gleicher Abmessungen, jedoch aus verschiedenen Metallen, sind durch eine abweichende Resonanzfrequenz zu identifizieren: f (Al)-14,0 kHz, f (Cu)= 10,2 kHz, f(Pb) = 3,8kHz, f (W)= 13,3 kHz. Gefälschte Feingoldbarren, die Einschlüsse aus Fremdmetaüen enthalten, werden ebenfalls durch eine vom echten Barren abweichende Resonanzfrequenz erkannt.

Die Fig. HI und IV zeigen schematisch eine Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von Münzronden.

Schwingungserregung und Messung der Schwingungsamplitude erfolgen im Zentrum des Prüfkörpers (1). Dazu werden Schwingungsgeber (15) und Schwingungsaufnehmer (16) an einem Hebelarm (17) nebeneinander a;,; den Prüfkörper (18) aufgelegt. Die Auflagekraft ist durch ein Gegengewicht (19) am Hebelarm (17) einstellbar.

Als Geber und Aufnehmer sind aber auch elektrodynamische, elektromagnetische und magnetostriktive Wandler geeignet, die einen entsprechenden Frequenzbereich übertragen.

Mit dieser Vorrichtung lassen sich Münzronden unterschiedlicher Größe auf ihre Echtheit prüfen. Dazu werden die Münzen horizontal auf drei kegelförmigen Auflagen (20) gelagert, die in einer scheibenförmigen Grundplatte (21) eingelassen sind. Die Grundplatte (21) enthält drei radialförmig angeordnete Langlöcher (22), die jeweils einen Winkel von 120° zueinander haben. Die Auflagen (20) können in diesen Langlöchern geführt in radialer Richtung bewegt werden. Zur Veränderung der Radialpositionen der Auflagen (20) befindet sich eine weitere Scheibe (23) zentriert unterhalb der Grundplatte (21). Diese Scheibe (23) enthält spiralförmige Langlöcher (24), die sich vom Zentrum der Scheibe (23) zu deren Rand hin erstrecken. In jedes dieser drei spiralförmigen Langlöcher (24) ragt eine stiftartige Verlängerung (25) der Auflagen (20) hinein. Mit einer Drehung von Grundplatte (21) und Scheibe (23) relativ zueinander können die Auflagen (20) synchron in radialer Richtung bewegt werden. Mit dieser konstruktiven Auslegung lassen sich Münzen unterschiedlicher Durchmesser jeweils im Schwingungsknoten lagern. Der Schrittmotor (26) ist unterhalb beider Scheiben in Richtung der Drehachse montiert Die Kraftübertragung erfolgt durch eine Vierkantmutter (27), die in die Grundplatte (21) einrastet.

Am Beispiel von Krügerrand-Goldmünzen wird die Funktionsfähigkeit des Echtheitsprüfgerätes demonstriert. Die Grundischwingungsfrequenz der echten Münzen ist 9,1 kHz. Wolframronden der gleichen Abmessungen haben Resonanzfrequenzen von 17,OkHz. Werden Wolframronden mit einer Goldschicht von 20ομπι überzogen, sinkt ihre Resonanzfrequenz auf 16,1 kHz. Diese beschichtete Modifikation ist dem äußeren Anschein nach nicht von echten Goldronden zu unterscheiden, die Resonanzfrequenzen sind jedoch deut-

lieh voneinander getrennt. Weitere Versuche mit Ronden aus verschiedenen Leicht- und Schwermetallen zeigen ebenfalls wesentliche Unterschiede der Eigenschwirgungsfrequenzen. Damit ist demonstriert, daß die Resonanzfrequenzmethode trotz relativ geringen apparativen Aufwandes eine aussagekräftige Echtheitsprüfung h*

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

1 2 auf den Prüfkörper aufgebracht werden, was kein sau- Patentansprüche: beres Arbeiten gestattet Außerdem analysiert der Meßkopf wegen seiner geringen Abmessungen norma-

1. Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von Edelme- lerweise nur einen Teil des Prüfkörpers. Ebenso messen tallformkörpi;rn, insbesondere von Edelmetallbar- 5 Wirbelstromgeräte wegen der begrenzten Eindringtiefe ren und Eddmetallronden, durch Anregung des von Hochfrequenz keine größeren Probenvolumina aus. Edelmetallformkörpers über einen Schwingungsge- Auch Prüfgeräte, die die Wärmeleitfähigkeit des Prüfber mit Transversalschwingungen und Messung der körpers bestimmen, sind nur begrenzt anwendbar, da Resonanzfrequenz mit Hilfe eines Schwingungsauf- bei diesem Meßprinzip extreme Anforderungen an die nehmers, dadurch gekennzeichnet, daß io Toleranzen der Prüfkörperabmessungen gestellt sind, der Schwingungsgeber (10; 15) und der Schwin- so daß nur spezielle Goldbarrentypen hiermit überprüft gungsaufnehmer (11; 16) als piezoelektrische Wand- werden können.

ler ausgebildet sind und eine oder mehrere Auflagen Aus der US-PS 39 01 367 ist eine Vorrichtung zum

(2) für den Prüfkörper (1) vorhanden sind. Nachweis von gefälschten Münzen bekannt, bei der die

2. Vorrichtung zur Echtheitsprüfung nach An- 15 Münze über einen Lautsprecher mit mechanischen Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage Transversalwellen beaufschlagt wird und die Resonanz-{2) als horizontale, aus einem elastischen Material frequenz der Münze mit einem Mikrophon bestimmt bestehende, ebene Platte ausgebildet ist wird. Diese Vorrichtung hat aber den Nachteil, daß sie

3. Vorrichaing zur Echtheitsprüfung von Barren nur für Münzen geeignet ist und durch die notwendigen nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die 20 Zusatzgeräte aufwendig und voluminös gebaut ist
Auflagen (2) als zwei Schneiden ausgebildet sind, die Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mittels einer Spindel (5) symmetrisch zur Mitte des eine Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von Edelmetall-Prüfkörpers (1) in ihrer Lage veränderbar sind, daß formkörpern zu schaffen, insbesondere für Edelmetallzur Zentrierung des Prüfkörpers (1) zwei Anschläge barren und Edelmetallronden, durch Anregung der (3, 4) ebenfalls auf einer Spindel (6) befestigt sind, 25 Edelmetallformkörper über einen Schwingungsgeber daß der Schwingungsgeber (10) an einem der An- mit Transversalschwsagungen und Messung der Resoschläge (4) angebracht ist und daß der Schwingungs- nanzfrequenz mit Hilfe eines Schwingungsaufnehmers, aufnehmer (11) über der Mitte des Prüfkörpers an die universell anwendbar ist, alle Formkörper prüfen einem beweglichen Hebelarm (12) angeordnet ist kann, ein sauberes Arbeiten gestattet und einfach und

4. Vorrich^J''.ng zur Echtheitsprüfung von Ronden 30 handlich aufgebaut ist. Insbesondere sollten Fälschunnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gen auf Wolframbasis mit Goldüberzug leicht erkenn-Auflagen aus drei radial verschiebbaren Kegeln (20) bar sein.

bestehen und daß der Schwingungsgeber (15) und Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch ge-

der Schwingungsaufnehmer (16) sich gemeinsam ne- löst, daß der Schwingungsgeber und der Schwingungs-

beneinander auf einem beweglichen Hebelarm (17) 35 aufnehmer als piezoelektrische Wandler ausgebildet

über der Mitle des Prüfkörpers befinden. sind und eine oder mehrere Auflagen für den Prüfkörper vorhanden sind.

Mit dieser Vorrichtung können Prüfkörper unterschiedlicher Abmessungen zerstörungsfrei und ohne 40 Prüfrückstände über ihr gesamtes Volumen auf ihre Zu-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Echtheits- sammensetzung untersucht werden. Jeder elastische

prüfung von Eddmetallformkörpern, insbesondere von Körper kann zu charakteristischen Schwingungen ange-

Edelmetallbarren und Edelmetallronden, durch Anre- regt werden, wobei die Schwingungsformen auf Grund-

gung der Edelimetallformkörper über einen Schwin- schwingung und Oberschwingungen beschränkt sind,

gungsgeber mit Transversalschwingungen und Messung 45 Für eine vorgegebene Aufhängungsart bzw. Lagerung

der Resonanzfrequenz mit Hilfe eines Schwingungsauf- der Formkörper hängen diese Schwingungsfrequenzen

nehmers. von den Abmessungen, dem Elastizitätsmodul E und der

Bevorzugt sollen hiermit Goldbarren und Goldmün- Dichte ρ des Prüfkörpers ab. Liegen z. B. stabförmige

zen auf ihre Echtheit geprüft werden, jedoch ist die Körper auf zwei Schneiden auf, so können sie transver-

Vorrichtung auch auf Formkörper aus anderen Edelme- 50 sale Biegeschwingungen ausführen, falls sie durch eine

tallen anwendbar, wie Silber oder Platinmetalle. äußere Kraft aus ihrer Ruhelage ausgelenkt werden.

Immer wieder werden Fälschungen von Goldbarren Die Frequenz der Grundschwingung eines Stabes ist

|) und Goldmünzen entdeckt,die entweder ganz aus uned- nach bekannten Gleichungen abhängig von der Dicke

$ leren Metallen bestehen oder bei denen ein Kern aus und Länge des Stabes, dem Elastizitätsmodul seines

Iy Unedelmetallen, insbesondere Blei oder Wolfram, nur 55 Werkstoffes und der Dichte des Werkstoffes. Wirkt die

''}, mit einer dünnen Edelmetallschicht bedeckt ist. Solche äußere Kraft mit z. B. der Grundfrequenz auf den Kör-

fi Fälschungen bedeuten einen erheblichen materiellen per ein, so schwingt der Körper in Resonanz, d. h. mit

|; Schaden und vermindern gleichzeitig das Vertrauen in maximalen Schwingungsamplituden. Legt man ver-

Sx Gold bzw. andere Edelmetalle als sichere Wertanlage. schiedene Schwingungen an den Körper an, läßt sich die

Es gibt daher Geräte, mit denen man beispielsweise 60 Resonanzfrequenz bestimmen, die bei bekannten Ab-

bei Banken oder Juwelieren die Echtheit von Formkör- messungen eine charakteristische Größe für den Werk-

pern bestimmter Abmessungen bestimmen kann und stoff des Formkörpers ist und zu dessen Identifizierung

deren Meßprinzip auf Methoden der zerstörungsfreien herangezogen werden kann.

Materialprüfung beruht. Zur Materialidentifikation Barren bzw. Ronden werden vorzugsweise auf eine

werden in der Praxis bisher Ultraschall- und Wirbel- 65 aus elastischem Material bestehende ebene Platte oder

Stromgeräte verwendet. Zur Ankoppelung des Ultra- auf zwei Schneiden bzw. drei Auflagepunkten gelagert

schallmeßkopfeii an den Prüfkörper muß bei den Ultra- und mit einem piezoelektrischen Wandler, dessen Fre-

schallgeräten jedoch eine ölige ubertragungsflüssigkeit quenz kontinuierlich veränderlich ist, zu Transversal-